T形梁桥加固前后力学性能分析

随着我国轨道交通的高速发展，桥梁建设事业发展迅速，但目前设计人员主要关注桥梁结构的分析、设计和施工方法及工艺，而已建桥梁的检测和加固维修却成为桥梁工程界的薄弱环结。随着时间的推移、重载列车的开行及列车速度的提升，我国在上世纪修建的部分桥梁的承载力、刚度不足的问题日益严重，对列车行车安全造成威胁。然而废除这些桥梁重建新桥，不但要耗费大量的资金，而且会阻断交通。而对旧桥加固，不但比新建桥梁节省60%以上的资金，而且选取合适的加固方法还能保证正常交通。因此，对已有病害桥梁提出行之有效的加固方法，在我国铁路建设发展中具有重要的意义。本文以T型简支梁桥为例，采用MIDAS／CIVH 有限元软件计算桥梁加固前后在中活载作用下的竖向位移和横向位移，检验加固效果。

　　本文选取京广线上某单线特大桥的3孔32．6m简支梁做为计算工点。主梁采用两片32m后张法预应力混凝土T梁并置而成，桥墩为钢筋混凝土圆形桥墩，桥墩直径1．7 m，基础采用4根1．0 m钻孔桩。加固前桥梁结构示意图如图1所示。　　

　　1、加固措施

　　1．1 桥梁存在的问题

　　T梁之间有横向联结时，横向联结的主要作用是保证各片主梁能连接成整体，共同参与受力，还要承受横向水平力及偏载等作用。T梁之间的横向联结越强，每片梁承受的荷载就越均匀。如果T梁之间无横向联结或是横向联结较弱，组合T梁中的每片梁的受力会近乎于单梁。加固前，桥梁仅在跨中采用一道横隔板将两片T梁联成一体，这种结构横向联系较弱，当车速提升时，桥梁跨中横向振幅常有超限的情况。

　　1．2 桥梁加固方法

　　本文采用加强横向联系以及加大桥墩截面尺寸的措施来加固该桥。对3孔32．6 mT梁桥的加固方案为偏离支座中心线每4 m增设l道横隔板，每跨共增设6道横隔板，加固示意图如图2所示。并且将桥墩的纵向尺寸加宽到1．9 m，横向尺寸加宽到3．7 m，桥墩加固示意图如3所示。　　

　　2、桥梁空间有限元模型的理论分析

　　2．1 建立模型

　　针对本桥T梁情况，由于其容易发生畸变与翘曲，箱梁畸变计算方法不适于T梁的畸变分析。跨宽比很小的组合型T梁属于深梁，用一般空间梁段单元法分析不合适。鉴于此，本文建模使用的是梁壳组合单元法分析。

　　桥梁的位移模式采用梁壳组合模型对全桥进行离散，为降低结构的自由度数，引入截面的刚周边假定，考虑截面的翘曲变形，凝聚以后的每片T形粱模型的自由度分别为：梁体上缘横向位移、梁体下缘横向位移、梁体竖向位移梁体上缘纵向位移梁体下缘纵向位移、梁体上端绕竖直轴缘纵向位移Y轴的转角位移梁体下端绕竖直轴Y轴的转角位移。节点4刚接于节点2，节点5刚接于节点6。用同样的方法可求得节点7～ 节点12的约束方程。对于横隔板，采用板单元建模，边界节点分别与节点4，5，i0，11，3，7刚接。单T形和双T形梁的分析模型分别见图4及图5。

　　 两片T梁的分析模型如图6所示。建立此模型的思想如下：将T梁离散为n个梁壳组合单元；顶腹板采用壳单元模拟，底板采用梁单元模拟，墩采用空间梁元建模。